DE1164475B - Logische Schaltung, insbesondere UND-Schaltung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al-36/18

Nummer: 1 164 475

Aktenzeichen: J 20405 VIII a / 21 al

Anmeldetag: 16. August 1961

Auslegetag: 5. März 1964

Die Erfindung bezieht sich auf logische Schaltkreise wie UND-, ODER-Schaltungen usw., die Elemente mit negativer Widerstandscharakteristik, wie z. B. Tunneldioden, als Bauelemente enthalten. Sie kann bei elektronischen Rechen- und Datenverarbeitungsanlagen, besonders in der Speichertechnik, verwendet werden. In logischen Schaltkreisen ist es wünschenswert, Schaltelemente mit negativer Strom-Spannungs-Kennlinie paarweise in Serie zu schalten, um durch entgegengesetzten Wechsel der Impedanzen beim Umschalten von einem stabilen Zustand in den anderen am Ausgang der Anordnung einen großen Unterschied der Amplitude zu erreichen.

Schaltkreise, bei denen zwei Elemente in Serie liegen, sind bereits bekannt. Es werden jedoch an den Eingängen Signale verschiedener Polarität benötigt, und das Ausgangssignal ist durch die Stromrichtung der Majorität der Eingangsströme gekennzeichnet, d. h., die Stromrichtung, die überwiegt oder einen Schwellwert überschreitet, steuert den Schaltkreis.

Bei Schaltkreisen dieser Bauart ist jedoch eine Entkopplung der Eingangsleitungen voneinander schwer zu erreichen. Es fließen immer Ausgleichsströme, und deshalb ist die Dimensionierung sehr kritisch. Ein weiterer Nachteil ist die Instabilität dieser Serienschaltung selbst. Es ist festgestellt worden, daß eine Serienschaltung von zwei Tunneldioden während der Anstiegsflanke des Taktsignals zum Schwingen neigt. Erst wenn die Amplitude einen bestimmten Wert erreicht, wird die Schaltung wieder stabil. Wegen dieser Schwingneigung ist also die endgültige stabile Stellung schwer zu erreichen.

Eine weitere Schwierigkeit bei logischen Schaltungen mit zwei Tunneldioden in Serie ist die niedrige Impedanz eines Tunneldiodenpaares während der Anstiegsflanke des Taktsignals und die dadurch bedingte Verschlechterung der Form und Amplitude der Taktsignale. Hierdurch wird die Anzahl der logischen Schaltkreise begrenzt, die von einer Taktimpulsquelle aus gesteuert werden können. Es ist also erforderlich, eine große Anzahl von Treiberstufen und ebenso eine große Anzahl von Regenerierverstärkern vorzusehen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die gezeigten Nachteile der bekannten Schaltungen zu vermeiden. Gemäß der Erfindung ist die logische Schaltung, insbesondere UND-Schaltung, mit Dioden mit teilweise negativem Widerstand dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einer Serienschaltung eines ersten veränderlichen Widerstandes mit einem Fest-Logische Schaltung, insbesondere
UND-Schaltung

Anmelder:

International Standard Electric Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,

Stuttgart W, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:

Raymond Cecil Price Hinton,

West Englewood, N. J.,

Ernest Henri Paul Bigo, Nutley, N. J.,

Peter Pleshko, Bronx, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 18. August 1960

(Nr. 50 485)

widerstand, der sich aus der Bedingung

R = ^VXZL¹Yl I

(Fy=Talspannung, Vp=Höckerspannung, /=Strom im Widerstand) ergibt, und einem zweiten veränderlichen Widerstand besteht und daß die logische Schaltung einen ersten stabilen Zustand, bei dem der erste negative Widerstand einen hohen und der zweite negative Widerstand einen niedrigeren Wert annimmt, sowie einen zweiten stabilen Zustand einnehmen kann, bei dem die Widerstandswerte umgekehrt sind, und daß weiter eine Anzahl Eingangsklemmen an der einen Seite des Festwiderstandes und eine Ausgangsklemme an der anderen Seite des Festwiderstandes vorgesehen sind, wobei die Schaltkreise so arbeiten, daß bei vorhandener Speisespannung der erste stabile Zustand besteht, wenn die Summe der an die Eingangsklemmen gelegten Signale kleiner als ein vorgegebener Wert ist, und der zweite stabile Zustand besteht, wenn die Summe der an die Eingangsklemmen gelegten Signale größer als der vorgegebene Wert ist.

Eine weitere Ausbildung dieser logischen Schaltung, insbesondere eine logische ODER-Schaltung, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine

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zweite Gruppe Eingangssignale unabhängig voneinander je nach der Summenspannung der Gruppe die Umschaltung der Serienschaltung bewirken.

Durch die Anordnung gemäß der Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß eine logische Schaltung aufgebaut werden kann, die stabil arbeitet, keine Schwingneigung aufweist, bei der die einzelnen Eingangsklemmen gegenseitig so entkoppelt sind, daß eine Beeinflussung einer Eingangsklemme durch eine andere nicht möglich ist und bei der ein Taktimpulsgenerator bzw. die Verzögerungsleitung nur so stark belastet wird, daß die Taktimpulse nicht beeinträchtigt werden.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß einfache logische UND- oder ODER-Schaltungen angegeben werden, die in Verbindung mit den Taktimpulsen auch als Speicher verwendet werden, und zwar durch Wahl der günstigsten Majoritätsbedingungen.

Besonders günstig ist ein logisches Netzwerk, aufgebaut aus logischen Elementen gemäß der Erfindung, das in schneller Zeitfolge Taktimpulse von einer Verzögerungskette erhält, die mit den entsprechenden Anzapfungen versehen ist. Die Impedanzen der Verzögerungsleitungsabschnitte zwischen den Anzapfungen sind so gewählt, daß sie an die Serienwiderstände zwischen den beiden Tunneldioden der logischen Elemente angepaßt sind, so daß die Kurvenform und Amplitude der Taktsignale beim weiteren Durchlaufen durch die Verzögerungskette erhalten bleiben. Die richtigen Werte der Abschnittsimpedanzen werden dadurch gebildet, daß die Abschnitte einer durchgehenden Leitung als Induktivität ausgeführt sind und mit der verteilten Kapazität dieses Abschnittes zusammen als die gewünschte Impedanz wirken; eventuell können auch noch zusätzliche Kondensatoren den Anzapfungspunkten parallel geschaltet werden, um auf die erforderliche niedrige Impedanz zu kommen.

Diese und weitere Merkmale können den Unteransprüchen und den Figuren entnommen werden. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Anordnung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 a die Kennlinie einer Tunneldiode,

Fig. 2b die Kennlinien eines Tunneldiodenpaares, welches in den logischen Kreisen der Fig. 1 verwendet wird,

F i g. 3 einen abgeänderten logischen Schaltkreis mit kapazitiver Ankopplung des Rückstellimpulses,

Fig. 4 einen anderen abgeänderten logischen Schaltkreis,

Fig. 5 einen abgeänderten logischen Schaltkreis, der einen gegenüber dem der Fig. 1, 3 und 4 entgegengesetzten Ruhezustand besitzt,

F i g. 6 ein Glied der Verzögerungsleitung.

In der Fig. 1 ist ein Netzwerk aus logischen Stufen gezeigt, das eine Anzahl logischer Schaltungen Ll, L2...Ln enthält. Die logischen Schaltungen sind alle gleich. Die Schaltung L 1 ist beispielsweise mit allen Einzelheiten gezeichnet, und die anderen logischen Schaltungen sind als Blöcke dargestellt. Die Schaltungen Ll, L2 ... Lη werden an den Klemmen 12, 12', 12" mit Eingangssignalen angesteuert. Die Schaltungen Ll, Ll... Ln liegen je zwischen den Klemmenpaaren 9, 9; 8', 9'; 8", 9",.., über die die Taktsignale eingespeist werden, die von einer Taktimpulsquelle 1 geliefert werden. Die Quelle 1 mit dem Ausgangsklemmenpaar 2 und 3 ist mit ihrer Klemme 2 mit den Klemmen 8, 8', 8" ... der logischen Schaltungen verbunden. Diese Leitung ist bei 7 an Masse gelegt. Das an der Klemme 3 auftretende Signal ist ein negativer Impuls 65. Das Signal an der Klemme 3 wird in der erforderlichen Taktfolge an die logischen Schaltungen mittels einer Verzögerungsleitung gelegt, die aus Verzögerungsgliedern Dl, Dl.. .Dn besteht, die mit den lo- gischen Schaltungen Ll, Ll... Ln über die Klemmen 9, 9', 9" ... verbunden sind.

In der ausführlichen Darstellung der logischen Schaltung L 2 ist ebenfalls das Verzögerungsglied Dl gezeigt. Dieses enthält eine Grundplatte 52, auf der die drei Klemmen 53, 54 und 55 befestigt sind. Die Klemme 53 liegt an Masse, und die beiden anderen Klemmen 52 und 54 sind mit einem gebogenen Leiter 56 verbunden. Der Leiter 56 bildet die Induktivität des Verzögerungsgliedes. An Stelle des gebogenen Leiters ist es auch möglich, die Induktivität eines Verzögerungsabschnittes aus einem geraden Draht mit übergeschobenen Perlen aus einem Werkstoff mit genügend hohem magnetischem Widerstand herzustellen.

Einzelne Punkte des Leiters 56 liegen über die Kondensatoren 61, 62 und 63 am Massepunkt 53. Der Leiter 56 ist lang gegenüber den Leitungen, die die einzelnen Verzögerungsglieder miteinander verbinden. Die Induktivitäten und die Kapazitäten im Verzögerungsglied D 2 sind ebenso wie in den anderen Gliedern so ausgelegt, daß sich eine sehr niedrige Reihenimpedanz für die durch die Verzögerungsleitung geführten Signale ergibt. Im gewählten Ausführungsbeispiel beträgt die Impedanz der Verzögerungsleitung etwa 10 Ohm.

Die Verzögerungszeit innerhalb einer einzelnen Verzögerungsgliedes D errechnet sich aus der Quadratwurzel des Produktes aus Induktivität und Kapazität.

Es wird nun die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 1 beschrieben, unter besonderer Bezugnahme auf die Anordnung, die in L 2 gezeigt ist:

Das Taktsignal wird über die Erdklemme 8' und die Klemme 9' an die Anordnung L 2 gelegt. Zwisehen diesen Klemmen enthält diese eine Reihenschaltung der Elemente 26, 28 und 27. Die Bauelemente 26 und 27 weisen eine negative Widerstandskennlinie auf. Es sind vorzugsweise Tunneldioden. Der Widerstand 28 hat einen ganz bestimmten Wert, um die geforderte Stabilität der Schaltung trotz der großen Schwankungen des Impedanzwertes der hintereinandergeschalteten Tunneldioden zu erhalten und um weiterbin eine zusätzliche Impedanz vorzusehen, die die Störung der Steuersignale vermindern. Die Tunneldiodenanordnung hat eine Enigangsklemme 21 und eine Ausgangsklemme 10', die an den beiden Enden des Widerstandes 28 angeordnet sind. Die Tunneldioden 26 und 27 sind mit TDl und TD1 bezeichnet.

Die Signale von den Eingangsklemmen 12' werden über mehrere Koppelglieder, die zu einem Block 20 zusammengefaßt sind, auf die Eingangsklemme 21 am einen Ende des Widerstandes 28 gegeben. Im Block 20 besteht jeder Ankopplungszweig aus der Reihenschaltung eines Widerstandes 22 und einer normalen Diode 23. Zwischen den Klemmen 10' und der Klemme 9' liegt ein Parallelwiderstand 29, dessen Aufgabe später beschrieben wird.

Eine Tunneldiode ist ein Breitband-Bauelement mit negativem Widerstand in einem Teil ihrer Arbeitskennlinie, wie z.B. in der Fig. 2a gezeigt ist. Die Diode verhält sich in dem Bereich wie ein negativer Widerstand, der zwischen dem Hochpunkt der Kurve, an dem Spannung und Strom mit V_P und Ip bezeichnet sind, und dem Tiefpunkt liegt, an dem Spannung und Strom mit V_v und I_v bezeichnet sind. Legt man nun an eine Schaltung, die eine Tunneldiode enthält, eine Spannung an und erhöht diese vom Wert V_P auf den Wert V_v, so nimmt der Strom in der Diode ab, und ihr Widerstand steigt an, und zwar um einen Betrag, der durch den negativen Teil der Kurve in diesem Bereich gegeben ist. An den Schnittpunkten 221 und 222 der Belastungsgeraden 220 mit der Kurve 219 ergeben sich zwei stabile Betriebspunkte in den Bereichen positiven Widerstandes auf beiden Seiten des Bereiches negativen Widerstandes. Je mehr die Belastungsgerade sich einer Parallelen zur Spannungsachse nähert, desto näher liegen die beiden, den stabilen Arbeitspunkten zugeordneten Ströme beieinander, wogegen bei einer Annäherung der Belastungsgeraden gegen eine Parallele zur Stromachse der Unterschied der beiden Ströme größer wird. Je größer dieser Unterschied der Ströme, desto zuverlässiger wird das Betriebsverhalten der Tunneldiode in logischen Schaltungen, bei denen die stabilen Betriebspunkte zur Darstellung binärer Werte benutzt werden. Dies gilt ganz besonders dann, wenn die Eingänge mit hochohmigen Widerständen ausgebildet sind wie im vorliegenden Falle. Diese dienen dazu, die einzelnen Eingänge gegeneinander zu entkoppeln, da bei solchen Anordnungen große Stromunterschiede erforderlich sind, um andere logische Stufen anzusteuern. Es ist deshalb im allgemeinen wünschenswert, die Tunneldioden zwischen zwei stabilen Punkten zu betreiben, die sehr nahe an den Grenzwerten liegen. Die Grenzwerte sind in der Fig. 2A mit V_P und V_v bezeichnet. Deshalb wird die Schaltung vorzugsweise so ausgelegt, daß das Steuersignal, das an die Diodenschaltung gelegt wird, sehr eng toleriert ist, und zwar bei einer Spannung, die nur wenig größer als Vγ ist, so daß, wenn sich die Diode z. B. am stabilen Punkte hoher Impedanz befindet, ein möglichst kleiner Strom durch die Diode fließt. Auf diese Weise wird eine große Änderung des Stromes bei der Umschaltung zwischen den beiden stabilen Zuständen bewirkt.

Aus der Kurve und der Belastungskennlinie in der Fig. 2A ergibt sich, daß der Widerstand28 kleiner als die maximale Impedanz der Dioden sein muß. Andererseits wurde oben ausgeführt, daß ein sehr großer Widerstand in Reihe mit dem Diodenpaar gefordert wird, um die Amplitude und Kurvenform der Steuersignale nicht zu beeinflussen, die an die logischen Schaltungen über eine Verzögerungsleitung gegeben werden, sogar wenn die Verzögerungsglieder eine Impedanz von 10 Ohm wie im vorliegenden Falle aufweisen. Diese scheinbar entgegengesetzt gerichteten Forderungen werden durch einen sehr günstigen Kompromiß einander nahegebracht, der sich durch eine dritte Forderung ergibt. Diese dritte Forderung betrifft die Tatsache, daß hintereinandergeschaltete Tunneldioden wegen des extrem schnellen Überganges der Dioden in den unstabilen Bereich negativen Widerstandes zum Schwingen neigen, wenn in dem Zeitraum, in dem der Steuerimpuls von einem anfänglichen Pegel zum Spitzenwert ansteigt, bis die Amplitude des Steuerimpulses so groß geworden ist, sich eine der Dioden in einem stabilen Zustand hoher Spannung, d. h. großer Impedanz entsprechend dem Bereich 203 der Fig. 2a und die andere Diode in einem stabilen Zustand niederer Spannung, d. h. kleiner Impedanz entsprechend dem Bereich 201 der Fig. 2a befindet. Gemäß der Erfindung ist es möglich, einen

ίο Widerstand sorgfältig zu berechnen, so daß er, wenn er in Reihe mit einem Tunneldiodenpaar angeordnet wird, solche Schwingungen verhindert, ausreichenden Widerstand aufweist, um die Leistungsverluste zu begrenzen, die Verzerrung je Glied der Taktsignale, die sich durch eine Kette von Verzögerungsgliedern ausbreitet, und die Steuerbarkeit eines Belastungswiderstandes des hintereinandergeschalteten Diodenpaares nur unwesentlich herabsetzt. Ein weiterer Vorteil der Anordnung liegt darin, daß un-

ao erwünschte Schaltwege nicht auftreten können, und zwar durch den Widerstand, der den Stromfluß in der Rückwärtsrichtung begrenzt und der außerdem die Verwendung größerer Eingangswiderstände gestattet, so daß, während die Dioden 23 in der F i g. 1 für die niederohmigen Widerstände 22 und die dort verwendeten Tunneldioden erforderlich sind, für Tunneldioden mit geeigneten Kennlinien größere Widerstände 22 und 28 verwendet werden können, wobei die Dioden 23 entfallen können.

Die Bestimmung des Widerstandes 28, der wiederum den Bereich der Widerstände 29 und 22 bestimmt, wird im folgenden in Verbindung mit der Fig. 2b beschrieben.

Diese enthält drei Kurven 205, 209 und 210, die den Strom im Widerstand 28 bei verschiedenen Eingangssignalen kennzeichnen. Die gestrichelten Kurven 205 und 210 kennzeichnen den Strom im Widerstand 28 bezüglich der Spannung an der Tunneldiode TD 2, wenn die Tunneldiode TD 2 in ihrem ganzen Arbeitsbereich ohne und mit Eingangssignalen der geforderten Schalteigenschaften betrieben wird. Der vorerwähnte Ausdruck »Schalteigenschaften« wird benutzt, um diejenige Größe des Eingangssignals zu kennzeichnen, bei der TD 2 im stabilen Arbeitsbereich neben dem Tiefpunkt der Kurve betrieben wird und TDl in einem stabilen Punkt neben dem Hochpunkt V_P. Die ausgezogene Kurve 209 kennzeichnet den Strom im Widerstand 28 bezüglich der Spannung an TDl, während TDl im gesamten Betriebsbereich betrieben wird. Aus der Abweichung der Ordinaten dieser Kurven geht hervor, daß TD1 die erste Diode ist, die bei einem Eingangssignal in den Bereich unstabilen negativen Widerstandes kommt, sofern keine Eingangssignale auf TD 2 gelangen. Genauer: Wenn keine Eingangssignale an TD 2 angelegt sind und das Steuersignal an den Klemmen 8' und 9' nach der Fig. 1 liegt, steigt der Strom im Widerstand 28. Sobald der Strom den Wert/1 erreicht hat, wird TDl ein un-

Oo stabiler negativer Widerstand, während TD 2 im stabilen Zustand bleibt. Andererseits folgt, wenn die Eingangsströme von TD 2 einen geeigneten Wert aufweisen, daß TD 2 unstabil wird, während TDl stabil bleibt, wenn der Strom im Widerstand 28 den Wert/2 erreicht.

Aus der Fig. 2B und bei Betrachtung des schnellen Schaltverhaltens von Tunneldioden im allgemeinen kann weiter entnommen werden, daß,

7 8

wenn sich eine der beiden Dioden im unstabilen Zu- die logische Schaltung den Zustand annimmt, bei stand befindet und wenn keine Spannung größer dem beide Dioden niedrige Impedanzen aufweisen oder gleich dem Tiefpunkt V_v an der Reihenschal- oder eine unstabil ist. Damit ist der oben angegebene tung des Diodenpaares anliegt, die unstabile Diode Toleranzbereich ins Negative erweitert, von V_v bis unstabil bleibt und Schwingungn auftreten. Um 5 V_v — 20%, und der Gesamttoleranzbereich des solche Schwingungen zu vermeiden, ist ein Wider- Widerstandes./? und der Steuersignalamplitude sind stand in Reihe mit dem Tunneldiodenpaar er- so ausgelegt, daß der Spannungsabfall hoher Impeforderlich, für den gilt: danz an der oberen Diode TD1 auf den Bereich

/•ä + 2Fj cv F (1) F_v ± 20% beschränkt ist.

^p ~ ^v ' ίο Um den Betriebszustand eines Paares von Tunnel-

worin I der Strom im Reihenwiderstand R ist. Mit dioden, die Eingangssignale einer Polarität wie in diesem Reihenwiderstand nähert sich die Spannung der logischen SchaltungL2 nach Fig. 1 haben, zu an der Kombination des Widerstandes und der bestimmen, kann der Widerstand 29 dazu benutzt Dioden dem Wert V_v, wenn sich die Spannung an werden, einen Unterschied der Anfangsströme eineiner der beiden Dioden dem Spitzenwert V_P nähert, 15 zuführen, die durch die beiden Dioden vor dem so daß, sobald eine der beiden Dioden unstabil wird, Anlegen des Eingangssignals fließen, so daß die d.h., wenn ihr Widerstand schnell ansteigt, die obere Diode TDl sich in Richtung des unstabilen ganze Spannung V_v im wesentlichen an der unsta- Bereiches bewegt und den Zustand hoher Impedanz bilen Diode liegt. Diese wird deshalb sofort in den und niederen Stromes annimmt, der zu der Talstabilen Betriebszustand geschaltet, ohne daß 20 spannung V_v gehört, ehe die Diode TD 2 in den unSchwingungen auftreten. Damit ist durch die Wahl stabilen Bereich gelangt.

des Widerstandes 28 die Stabilität der Schaltung L 2 Für die im Ausführungsbeispiel verwendete Diode

sichergestellt. Schreibt man die Gleichung (1) um, ergeben sich bei Dimensionierung der Schaltung nach

so ergibt sich obiger Vorschrift eine Spannung am Hochpunkt von

V_v — 2 Vp ^a5 55 mV, eine Spannung am Tiefpunkt von 350 mV,

R^j- (2) _ei_n stabiler niederer Widerstand der Tunneldiode

von 50 Ohm und ein Widerstand R von 220 Ohm.

Es muß darauf hingewiesen werden, daß nach Entsprechend der angegebenen Werte liegt der ZuGleichung (2) der Wert des Widerstandest be- stand hohen Widerstandes der stabilen Diode, der stimmt wird, wenn sich die beiden Tunneldioden im 30 der Talspannung entspricht, bei etwa 3000 Ohm für Zustand niederer Impedanz befinden, d. h., ehe eine jede Diode. Entsprechende Werte für den Widerder beiden Dioden auf ein ansteigendes Steuer- stand 29 und den Koppelwiderstand 22 betragen signal hin umgeschaltet hat. Der Widerstand R ist 4700 und 1200 Ohm.

damit also größer als die Summe des niederen Die Reihenschaltung von Tunneldioden ist damit

Widerstandes der hintereinandergeschalteten Di- 35 dazu geeignet, zwei stabile Widerstandswerte einoden. Er ist damit beträchtlich kleiner als der Wert zunehmen, und sie ist deshalb sehr nützlich zur des Koppelwiderstandes 22 und ebenso kleiner als Darstellung von Binärsignalen. Es wird weiter darder stabile hohe Widerstand einer der beiden auf hingewiesen, daß die beiden stabilen Zustände Dioden. Daraus folgt, daß, wenn sich TDl im sta- am Ausgang der logischen Schaltungen trotz des bilen Zustand hoher Impedanz befindet, fast der 40 Reihenwiderstandes 28 weit auseinanderliegen, woganze Strom des Steuersignals durch den Widerstand durch sich eine hohe Dämpfung ergibt sowie eine 28 fließt und kein Strom durch die Belastung, die große Störungsfreiheit.

an die Klemme 10' angeschlossen ist, unter der Vor- Sollen die Eingänge. gemeinsam eine logische

aussetzung, daß sich TD 2 gleichzeitig im stabilen UND-Funktion ausüben, bei der sich die untere Zustand niedriger Impedanz befindet. Andererseits 45 Tunneldiode TD 2 im Zustand hoher Impedanz befließt fast der gesamte Strom durch TD1 über die findet, wenn die Koinzidenzbedingung erfüllt ist, und Belastung und kein Strom durch den Widerstand 28, das Taktsignal gleichzeitig anliegt, dann werden die wenn die stabilen Impedanzen der Tunneldioden Schaltungen so angeordnet, daß alle Ströme, die sich im umgekehrten Zustand befinden. über die Klemmen 12' eingespeist werden, sich ad-

Um dieses Betriebsverhalten der Dioden, nämlich 50 dieren, um einen Strom zu ergeben, der ausreicht, die Umkehr der Impedanzwerte, sicherzustellen, darf um die Tunneldiode TD 2 in den unstabilen Zustand die Steuerspannung den Wert V_c nach Fig. 2b zu bringen. Die Leitung 13 zwischen dem Ausgang nicht überschreiten. An diesem Punkt ist der Wert 10 der logischen Schaltung Ll und dem Eingangsdes Stromes im Widerstand28 so, daß beide Tunnel- widerstand22 von TD2 kann z.B. einen Teil des dioden durch den unstabilen Bereich rechts von V_P 55 Stromes führen, der zum Umschalten der Tunnelbetrieben werden, wie durch die Schnittpunkte 224 diodenanordnung erforderlich ist. und 225 der Linie konstanten Stromes I_c, die V_c Auf ähnliche Weise kann eine ODER-Funktion

entspricht, mit den Kurven 209 bzw. 210 angedeutet erreicht werden, indem einige der Eingangsklemmen ist. Damit wird die Toleranz der Spitzenamplitude 12 mit Urstromquellen verbunden werden, um die des Steuersignals und des Widerstandes R so be- 60 Tunneldiode TD 2 mit einer Vorspannung zu verstimmt, daß die Spannung an der Diode TD1 nie- sehen, so daß, wenn einer der restlichen Eingänge mais Vc überschreitet, wenn diese Diode den un- positiv angesteuert wird, TD 2 in den Zustand hoher stabilen Bereich kreuzt. Daher hat es sich gezeigt, Impedanz gelangt, wogegen wenn keiner der verdaß es günstig ist, die Amplitude des Steuersignals bleibenden Eingänge positiv angesteuert wird, TDl so zu begrenzen, daß die Spannung hoher Impedanz 65 den Zustand hoher Impedanz und TD 2 den stabilen an TDl sich etwa wie V_v zu V_v+20% verhält. Es Zustand niederer Impedanz annimmt. Wenn die hat sich weiter gezeigt, daß, wenn die Spannung Tunneldiode TD 2 einmal den Zustand hoher Imhoher Impedanz an TDl etwa 20 «/0 unter V_v liegt, pedanz angenommen hat und solange das Steuer-

signal den Wert V_s beibehält, bleibt der Zustand der Tunneldioden bestehen, unabhängig von Änderungen der Eingangssignale, und zwar wegen des umgekehrten gegenseitigen Zusammenwirkens der Dioden. Deshalb kann die beschriebene logische Schaltung auch als Speicherelement verwendet werden, wobei das Taktsignal durch die geforderte Speicherzeit bestimmt ist.

Um die logische Schaltung wieder zurückzustellen, nachdem sie einmal in den Zustand ge- ίο bracht war, in dem TD 2 die hohe Impedanz aufweist, ist es notwendig, das Taktsignal abzuschalten und danach mit neuen Eingangsbedingungen wieder anzulegen. Als weitere Ausführungsform kann, wie in Fig. 3 gezeigt ist, die SchaltungL2 noch einen Koppelkondensator 72 enthalten, der zwischen einer Rückstellsignalklemme 71 und einer Ausgangsklemme 10' liegt, um über die kapazitive Ankopplung ein negatives Rückstellsignal an die Klemme 71 zu geben. Dies muß eine ausreichende Länge und Amplitude aufweisen, um in der Zwischenzeit die neuen Eingangsbedingungen zu bestimmen.

Noch eine weitere Ausführungsform ist in der Fig. 4 gezeigt, in der die Tunneldioden26 und 27 der Fig. 3 durch die Tunneldioden26α und 27a ersetzt sind. Diese Dioden haben eine Kennlinie wie in Fig. 2b gezeigt und sind so angeordnet, daß bei Abwesenheit der geforderten Eingangssignale die obere Diode 26 a vor der unteren Diode 27 a bei anliegendem Taktsignal den Bereich unstabilen negativen Widerstandes erreichen will, ohne daß der Widerstand 29 erforderlich ist.

In Verbindung mit dem vorher Gesagten muß noch bemerkt werden, daß der Widerstand 28, der nach der Gleichung (2) bestimmt wurde, entweder ein Widerstand ist, der elektrisch durch Löten verbunden ist, oder aber daß das Tunneldiodenpaar als Vierpol aufgebaut sein kann, der die Klemmen 8', 70, 21 und 91 aufweist und in dem der Widerstand mittels bekannter Technik der gedrukten Schaltungen angeordnet ist. Die ganze Anordnung kann als gekapselte Einheit ausgebildet sein, bei der die vier Klemmen herausgeführt sind.

In der F i g. 5 ist eine Anordnung mit umgepolten Eingangsklemmen 12 a' gezeigt. Der Eingang zu der Tunneldiodenanordnung ist dann der Punkt 70 a, und als Ausgang 10 a' wird der Punkt 21 α verwendet. Der Widerstand 29 a liegt dabei zwischen 21a und 8'.

Das Verzögerungsglied D 2 kann auch anders ausgeführt sein, als in F i g. 1 gezeigt. Eine solche weitere Ausführungsform, die besonders für höhere Frequenzen geeignet ist, zeigt Fig. 6, in der die Grundplatte 52 a als Dielektrikum ausgebildet ist, das auf der oberen Seite einen Leiter 56 a enthält, der auf dem Dielektrikum 52 a zwischen den Klemmen 54a und 55 a befestigt ist. Auf der Unterseite des Dielektrikums ist eine metallisch leitende Ebene angeordnet, die durch die gestrichelte Linie 100 angedeutet ist. Die Klemme 53 α dient zur Verbindung der Ebene 100 und der gemeinsamen Erde.

Die Eingangs- und Ausgangsklemmen der Schaltung L2 in der Fig. 1 sind mit den Enden des Widerstandes 28 verbunden, obgleich dies nicht unbedingt erforderlich ist, d.h., sie können auch an Anzapfungen des Widerstandes 28 gelegt werden, R =

ohne daß sich dabei das typische Betriebsverhalten der Schaltung ändert.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Logische Schaltung, insbesondere UND-Schaltung, mit Dioden mit teilweise negativem Widerstand, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einer Serienschaltung eines ersten veränderlichen Widerstandes mit einem Festwiderstand, der sich aus der Bedingung

Vy -2Vp

(V_v = Talspannung, V_P = Höckerspannung, / = Strom im Widerstand) ergibt, und einem zweiten veränderlichen Widerstand besteht und daß die logische Schaltung einen ersten stabilen Zustand, bei dem der erste negative Widerstand einen hohen und der zweite negative Widerstand einen niederen Wert annimmt sowie einen zweiten stabilen Zustand einnehmen kann, bei dem die Widerstandswerte umgekehrt sind, und daß weiter eine Anzahl Eingangsklemmen an der einen Seite des Festwiderstandes und eine Ausgangsklemme an der anderen Seite des Festwiderstandes vorgesehen sind, wobei die Schaltkreise so arbeiten, daß bei vorhandener Speisespannung der erste stabile Zustand besteht, wenn die Summe der an die Eingangsklemme gelegten Signale kleiner als ein vorgegebener Wert ist, und der zweite stabile Zustand besteht, wenn die Summe der an die Eingangsklemmen gelegten Signale größer als der vorgegebene Wert ist.

2. Logische Schaltung nach Anspruch 1, insbesondere logische ODER-Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Gruppe Eingangssignale unabhängig voneinander je nach der Summenspannung der Gruppe die Umschaltung der Serienschaltung bewirken.

3. Logische Schaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs- und Ausgangsklemmen der Serienschaltung an Anzapfungen des Widerstandes R liegen.

4. Logische Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Festwiderstand vorgesehen ist, der in Reihe mit einem der beiden negativen Widerstände geschaltet ist, um diesem negativen Widerstand eine gewisse Vorspannung zu geben.

5. Logische Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Eingangsklemmen der logischen Schaltung und zwischen dem Eingang der Serienschaltung nur in einer Richtung stromdurchlässige Bauelemente angeordnet sind, um die Eingangssignale binär verknüpfen zu können.

6. Logische Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Verbindungspunkt des einen negativen Widerstandes mit dem ersten Festwiderstand ein Kondensator angeschlossen wird, um einen Rückstellimpuls kapazitiv auf die Anordnung einzukoppeln.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1103 387.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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